軌道機車車輛VOC管控研究

謝沅博,劉 軍,陳傳彬,馬振明,席金芳,王昌進

中車資陽機車有限公司產品研發中心,四川 資陽 641301

0 引言

VOC代指揮發性有機化合物,又用TVOC表示若干個VOC的總量,即室內揮發性有機化合物總量。不同國家和地區對VOC的定義也不同,其中普遍認可的2種定義如下:世界衛生組織(WHO)對總揮發性有機物(TVOC)的定義為沸點范圍在50～260 ℃,在常溫下以蒸汽形式存在于空氣中的一類有機物的總稱[1];美國環保署(EPA)定義為除一氧化碳、二氧化碳、碳酸、金屬碳酸鹽和碳酸銨外任何參與大氣光化學反應的碳化合物。當車內或室內的VOC達到一定濃度后,短時間人會產生頭痛、頭暈、咳嗽或嘔吐現象,長期處在該環境下將會損害肝臟、神經系統以及誘發細胞、器官癌變等生命危險。自2018年以來某動車組連續發生多起車內異味嚴重被投訴事件[2],中國鐵路總公司表示,若異味長期難以消除,將要求中車集團召回某動車組并索賠,因此針對軌道機車車輛VOC的管控迫在眉睫。

1 軌道車輛VOC管控標準及管控現狀

1.1 軌道車輛 VOC管控標準

國內最早在2003年開始注意汽車車輛內VOC含量對車內人員的影響,并于2008年發布了HJ/T 400—2007《車內揮發性有機物和醛酮類物質采樣測定方法》,軌道交通車輛在VOC方面的管控標準只有TB/T 3139—2006《機車車輛內裝材料及室內空氣有害物質限量》,這個標準對車內板材類材料、鋪地材料、膠粘劑、涂料、橡塑制品、紡織品、保溫材料、座椅臥鋪發泡材料等10類材料作出限值要求[3],同時根據GB/T 18883—2002《室內空氣質量標準》,也對整車空氣中甲醛和TVOC作出了明確的限值要求,而在2012年國家又發布GB/T 27630—2011《乘用車內空氣質量評價指南》,這是首個國內關于車內空氣質量的國家標準,但該標準并不具有強制性,和其他幾個標準相比,技術要求較低。各標準對比如表1所示。

表1 管控標準對比

1.2 軌道車輛 VOC管控現狀

在2019年,中車集團發布了軌道車輛客室和司機室揮發性有機化合物、內裝非金屬材料、設備部件等管控技術要求[4],與此同時,中車各大主機廠也制定了適合于本廠的管控技術規范,但均未給出整車室內單項VOC管控限值以及TVOC限值,各主機廠管控標準的主要區別如表2所示。

表2 各大主機廠管控物質對比

通過調查統計和對比發現,目前大部分新下線內燃機車、電力機車、城軌等車輛的整車空氣質量基本都不滿足TB/T 3139—2006中TVOC小于0.6 mg/m3的限值要求,主要原因如下。

該標準僅對甲醛這項作了限值要求,而構成TVOC的有害揮發物還有苯、甲苯、乙醛、二甲苯等。該標準所規定檢測油漆涂料、膠粘劑等物質的VOC,僅檢測了其含有量,而實際這些油漆涂料、膠粘劑在涂抹干燥后會持續釋放VOC,這部分釋放量與前期檢測的含有量并無關聯性。此外,目前在車輛設計、原材料選取、生產制造等環節中并未將環保作為一項重要指標去考量,同時滿足環保性能、機械性能、可靠性、耐疲勞性能的材料有限,并且企業自身也會考慮生產成本等因素[1]。

中車各大主機廠所制定的材料、零部件標準限值也已遠遠超過TB/T 3139—2006中的限值要求,相關行業專家認為應以GB/T 27630—2011作為參考,制定適合于企業自身的標準。

2 軌道車輛VOC管控措施及建議

汽車行業在VOC管控方面較為成熟。據統計,國內72%的大型汽車制造商形成了一套完善的管控體系以及對供應商的VOC管控體系[5],在調研了解后發現,其中某些管控方式和措施是可以借鑒到軌道交通VOC管控上來的,尤其是過程管控體系的建立和技術路線的方向。

2.1 建立過程管控體系

機車車內空氣質量管控工作始終貫穿整車開發和車輛量產過程,是一個持續控制與不斷改進的過程,所以建立完善合理的標準和管控體系至關重要。從材料源頭、零部件生產、整車總裝工序等環節進行把控,整個管控流程將涉及研發、質量、工藝、生產、售后等環節。因此,相關職能部門為解決因牽扯部門較多而導致協調管理困難的問題,需要制定《車內空氣質量管理辦法》體系文件,以此規范機車從研發到量產再到用戶使用這整個流程鏈的空氣質量管理控制,明確研發、質量、生產、銷售等部門的責任分工,從而建立整個流程鏈的管控體系,如圖1所示。

圖1 全流程鏈過程管控

2.2 確定技術路線

依據汽車企業的正向設計理論,軌道車輛VOC管控需要遵循“源頭管控、主動釋放、持續跟進、常態平衡”的總體原則[4],制定由整車級分解到零部件級,再由零部件級分解到材料級的控制技術路線,即主機廠通過總量分解來制定責任目標,主機廠與零部件企業、零部件企業與材料供應商之間則通過產品VOC性能技術要求進行責任傳遞,管控技術路線如圖2所示。

圖2 管控技術路線

從主機廠具體的管控切入點來說,可將其分為材料源頭管控和總裝工序管控[6]。材料源頭管控主要由研發部門牽頭組織進行,主要包括制定VOC標準、加強高危材料的研究和處理,管控流程如圖3所示。

圖3 管控流程

2.2.1 材料源頭管控

1)制定VOC標準,明確材料取樣方式、測試方法、溫濕度等參數,對材料進行VOC測試,并根據測試結果建立合理的VOC限值,從而制定相應的企業標準。此外,對材料進行入廠監督檢驗和物料抽檢,保證物料均符合標準要求。

2)高危材料的研究和處理,對車內使用量大且VOC濃度較高的材料,結合材料特點,從原材料選型、生產工藝、VOC衰減規律和化學凈化等方面進行改善,同時對重點材料進行強化處理,在一定溫度條件下加速材料內部VOC的釋放。

2.2.2 總裝工序管控

由于機車內裝材料在較短時間內全部安裝到車體內部,在相對封閉的空間內不利于VOC充分釋放,因而結合材料的VOC檢測結果和總裝工序的過程,分物料入廠、組裝和調試這3個階段進行空氣質量管控,以保證VOC充分釋放。

1)物料入廠存放階段。該階段是車下加速VOC釋放的最后階段,因此物料到廠后采用拆除外包裝防護膜和膠合板墊片隔開碼放等方式存放。

2)組裝階段。根據材料VOC測試結果,將組裝階段會產生較大含量的VOC工序進行加速釋放處理,各工序的管控措施如表3所示。

3)調試階段。該階段主要采取加熱通風措施。先采用專用設備加熱,車內溫度在45～60 ℃,處理時間不小于24 h(每加熱6 h通風1次,通風時間2 h),再采用空調加熱,車內溫度在35～40 ℃時加熱2～4 h,通風時間2 h,循環3～5次。

3 結束語

現階段,TB/T 3139—2006中TVOC小于0.6 mg/m3的限值不符合實際,相關企業標準的制定應以GB/T 27630—2011作為參考。機車車內空氣質量管控工作是一個持續控制與不斷改進的過程,需要研發、質量、工藝等部門協作管控,為此企業制定相關的體系文件是很有必要的。要依據“源頭管控、主動釋放、持續跟進、常態平衡”的總體管控原則,研發部門應制定由整車級分解到零部件級,再由零部件級分解到材料級的管控技術路線,通過責任目標進行責任傳遞;同時還應對高危材料、外購零部件進行管控研究,達到從源頭管治的目的。